专利名称：：光子逻辑门的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种使用量子开关的光子逻辑门的方法和装置。
背景技术：
：逻辑门通常用作数据处理中的逻辑操作，即使用一个以上的逻辑输入产生一个信号输出。逻辑一般是指布尔逻辑，例如"非"，"或"，"或非"，"异或"，"同或"，"与"和"与非"。对于一个中央处理器(CPU)来说，逻辑门是执行计算操作的基本单元。由于对快速处理能力与曰俱增的需求，CPU的速度从20世纪70年代中期开始呈指数增长，根据摩尔定律，到2006年已经达到了3.7GHz。然而，开关时间取决于门宽而电磁干扰限制了操作带宽从而使电子晶体管的应用受到了制约。为了克服这种本质上的局限性，在最近几十年中人们开始研究光逻辑门。与电子载流子相比，光信号不受电磁干扰的影响而且没有速度限制。此外，并行处理有着本质上的优点。最近研究表明，用于布尔逻辑运算"非"、"或"、"或非"、"与"、"异或"和"与非"的各种高速全光逻辑门可以用半导体光放大器(SOAs)和掺杂铒(erbium)光纤放大器(EDFAs)实现。然而一个运算器件必须满足一定的实用性要求，例如低功耗，小尺寸和高速度。从20世纪80年代起一些以布尔代数为基础的光逻辑门已经被提出并实现了。使用线性光学如镜子和分光镜的大型光学逻辑门已经被应用了。显然，以线性光学为基础的光逻辑门由于大的尺寸而效率低。近来，以非线性光学为基础的光逻辑门得到了广泛的研究。在这一领域，SOA是组成光逻辑门的最有用的元件。将SOA用于光逻辑门可以极大的降低器件尺寸和功耗。以SOA为基础的光逻辑门的物理原理是通过电流改变折射率。在传统的光开关技术中，折射率变化所需时间完全制约了开关时间，而折射率的变化受到载流子重新分布时间的限制。因此传统光开关时间主要受限于载流子寿命，大约为亚纳秒量级。尽管一个SOA能提供相对低的功率损耗，大约100mW(OpticsLetters,Vol.23,pp.l271-3(1997)),但是组成一个光CPU需要上百万个SOA，估计总功率和总尺寸分别要达到100kW和几个平方米，所以根本不具有应用性。这里值得注意的是，最新达到3.7GHz时钟速度的电子CPU包含了近三亿个晶体管，功率消耗大约为100W(www.intel.com/research/silicon/micron.htm)。另一方面，光开关效应可以通过非线性量子效应一电磁感应光透明(EIT)获得。EIT就是在有三个或三个以上能级的光学共振介质中，由于量子相干，利用双色电磁场获得折射率的快速变化(Harris,PhysicsToday,Vol.50，p.36(1995))。光学共振介质的能级结构必须满足具有两个相邻很近的基态和一个激发态，或两个离得很近的激发态和一个基态，或一个任意分布的梯形系统。基于量子相干的折射率变化会引起两个临近态上强自旋相干激发和吸收相消。由于吸收谱的快速变化，在共振频率上陡峭的色散斜率导致了慢光现象(Turukhin等PhysicalReviewLetters,Vol.88，p023602(2002))。在EIT中，折射率变化所需时间不受载流子寿命或者布居数弛豫时间(populationrelaxationtime)的限制，而是依赖于相位弛豫时间(phasedecaytime)。通常情况下，固体中的相位弛豫时间比布居数弛豫时间短很多。特别是在大多数离子掺杂的晶体中，如掺杂Pr"的Y2Si05，相位弛豫时间比载流子寿命要快几百倍，所以可以获得超高速的光处理——量子开关(Ham,AppliedPhysicsLetters,Vol.85，卯.893-5(2004))。相邻基态间的双光子相干激发可以利用非简并四波混频过程进行光探测。非简并四波混频信号的强度可以比最初的输入信号要强(He匪er等，OpticsLetters,Vol.20,pp.982-4(1995))。当三个相邻态代替两个相邻基态时，利用三色光场共振到相同的激发态，就可以得到量子开关现象Ham,PhysicalReviewLetters,Vol.84，pp.4080-3(2000)。量子开关的物理原理就是光控自旋相干交换，而且光开关时间比传统的基于折射率的光开关要快很多。这个在实验上已经用掺杂Pr"的Y2SiOs实现了，比光开关时间减少了100倍:Ham,AppliedPhysicsLetters,Vol.85，pp.893-5(2004)。
发明内容本发明的主要目的是提供一种基于量子开关现象的光子逻辑门的方法和装置。光子逻辑门应该克服传统光逻辑门在搡作速度和尺寸上的局限性。光子逻辑门的一个主要特征是将EIT和量子开关的量子光学性用于多逻辑门功能。一个物理逻辑门由通过光波导或自由空间与非线性光学介质作用的三(四)色激光组成。如量子开关专利中所示(Ham，美国专利No.6628453)，本光子逻辑门的可操作带宽不受布居数弛豫时间(populationrelaxationtime)或者载流子寿命的限制。本发明的主要优点是不仅能用于全光数字处理，而且可以用于量子计算机组成的量子网络的量子接口中。简而言之，本发明中的光子逻辑门系统是由一个或多个相连接的量子开关组成，其中，量子开关由非线性光学介质和至少四个相干激光束组成。而量子开关中的非线性光学介质是由至少四个能级组成，其中三个能级必须是靠的很近的基态，最后一个是激发态。激光束A、C和S的频率分别与从非线性光学介质的三个基态|1〉、|2〉、|3〉到激发态|4〉的跃迁共振见图l和图2。激光束R被用作非简并四波混频过程中产生输出Q1或Q2的探测光。非简并四波混频输出Ql和/或Q2可以用作第二/第三个非线性光学介质的输入来形成光子逻辑门。Ql和Q2的输出方向是物理分离的，所以量子开关可以作为光学路由器Ham,AppliedPhysicsLettersVol.85，pp.893-895(2004)。每東激光都可以用由异质结构量子阱，光子带隙晶体，绝缘硅或者表面胞质团(plasmon)等制成的光学波导来导入。光波导不属于本发明的部分。通过将两个量子开关串联或者并联，就能起到"非"，"与非"，"与"，"或"，"异或"和"或非"布尔逻辑的功能了。由于两个光子逻辑门间的传播时间是可以忽略的，利用一个光波导，光子逻辑门还能扩展到测量领域。图l是本发明的一个光子逻辑门"非"门的结构图。图2是图1中非线性光学介质107的一个能级图。图3是图2量子开关(路由)的实验(a，b)和理论(c,d)数据，输出光東Ql和Q2的空间方向由激光束相位匹配条件决定，方向或者相同或者不同。图4是本发明的一个光子逻辑门图5是本发明的一个光子逻辑门图6是本发明的一个光子逻辑门图7是本发明的一个光子逻辑门示意图。"或非"门的示意图。"与"门的示意图。"与非"/"或"门的示意图。"或非"/"异或"/"与"门的具体实施例方式为了更好的理解本发明，现在结合附图来描述本发明的实施例。附图用来具体说明本发明，和描述一起用来解释本发明的原理。附图只是为了更好的阐述本发明，但不能解释为对本发明的限制。其中，图1是本发明的一个光子逻辑门"非"门的结构图，图l与量子开关非常相似美国专利No:6628453;图2是图1中非线性光学介质107的一个能级图，其中基态间的频率差远小于基态与激发态间的跃迁频率，激发态能级|5〉可以是虛的、实的或者和能级|4〉相等，这取决于频率失谐A的值，字母R、S、C、A、Q1和Q2分别代表不同频率^、&、wc、、"0和^2的激光束；图3是图2量子开关(路由)的实验(a,b)和理论(c，d)数据，输出光束Q1和Q2的空间方向由激光束相位匹配条件决定，方向或者相同或者不同；图4是本发明的一个光子逻辑门"或非"门的示意图，字母QS表示非线性光学介质107组成的量子开关，该开关是通过光波导连接的，这与图l和图2中用于激光束R、S、C、A、Ql(或X)和Q2(或Y)的光波导是一样的；图5是本发明的一个光子逻辑门"与"门的示意图，字母QS表示非线性光学介质107组成的量子开关，该开关是通过光波导连接的，这与图1和图2中用于激光束R、S、C、A、Ql(或X)和Q2(或Y)的光波导是一样的；图6是本发明的一个光子逻辑门"与非"/"或"门的示意图，字母QS表示量子开关，它由非线性光学介质组成并通过用于激光束R、S、C、A、B、Ql、Q2、Q3、Q4、X和Y的光波导相连；图7是本发明的一个光子逻辑门"或非"/"异或"/"与"门的示意图，字母QS表示量子开关，它由非线性光学介质组成并通过用于激光束R、S、C、A、B、Ql、Q2、X、Y和Z的光波导相连。图l描述了一个光子逻辑门"非"门，这里使用了一个单独的量子开关。字母R、S、C、A、Q1和Q2分别表示不同频率^、&、&、^、6^和^2的激光束。数字从101到106代表激光束和激光東所用的光波导。数字107代表一个非线性光学介质。根据量子开关理论(PhysicalReviewLetters，Vol.84，pp.4080-4083(2000)和AppliedPhysicsLetters,Vol.78.pp.3382-3384(2001);AppliedPhysicsLetters,Vol.85,pp.893-895(2004);美国专利No.6628453(2003))，当逻辑输入光束A(102)是打开的，输出Ql(104)总是关的，反之亦然。这里值得注意的是如果失谐A是非零的话(失谐A见图2所示)激光東C和R可以是连续的。如果失谐A等于零，激光束C(103)和R(106)就不能是连续的而必须是脉冲并与控制光束C(102)同步。表l显示了图l中布尔代数"非"的结果。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>这里激发能级|5〉可虛可实。对于非零失谐A的实能级I5〉，脉冲的非简并四波混频过程已经被证明了Ham,OpticsLetters,Vol.24,pp.86-88(1999)。图2是图1中非线性光学介质107的一个能级图。一般这种能级结构在掺稀土晶体如掺杂Y2Si05(YSO)的Pi"3+中是典型的。这里，掺稀土晶体的超精细分裂产生三个低能级。图2的能级结构也可以通过人为的增加耦合半导体量子阱或者量子点获得。图1中非线性光学介质107可以有四个能态|1〉、|2〉、|3〉、|4〉或者五个能态|1〉、|2〉、|3〉、|4〉、|5〉。图2中能级|4〉的能量要比|1〉、|2〉、|3〉高。事实上，图1中非线性光学介质107可以有多于5个的能级，但是只有图2中提到的能级对本发明的光子逻辑机制起作用。图2中失谐A是激光東R的频率^与从能级|3〉到能级|4〉的共振频率的偏移，即""43-A，其中^="4-A。频率为6^的输出激光束Q1是通过非简并四波混频过程产生的，其中频率分别为^、&、^的三束激光C、S、R与非线性光学介质相互作用。类似地，频率为％2的输出激光束Q2是通过非简并四波混频过程产生的，该过程中频率分别为^、^、^的三束激光A、S、R相互作用。图2中非简并四波混频信号Q1和Q2的传播方向W和kQ2是由相位匹配条件决定的，分别是&=&_、+、、+^。这里由于暗态共振或者EIT,非简并四波混频(nondegeneratefour-wavemixing)可以被极大地增强。为了理解非简并四波混频过程的增强，下文会更详细的进行解释。非简并四波混频增强是Harris在1991年的PhysicalReviewLetters(Vol.64，pp.ll07-1110)中提出的，并由Jain等人于1993年在原子气体中(OpticsLetters,Vol.l8，pp.98-101)，Ham等人于1997年在离子掺杂的固体中(OpticsLetters,Vol.22,pp.1128-1140)得到了实验论证。Hemmer等人和Jain等人先后在1995年和1996年利用原子气体在实验上实现了非简并四波混频的信号放大和高转换效率(Hemmer,OpticsLetters,Vol.20,pp.982-984(1995);Jain,PhysicsReviewsLetters,Vol.77,pp.43264329(1996))。非简并四波混频的高转换效率也被Ham等人于1999年在离子掺杂的固体中实现了(Ham,PhysicalReviewA，Vol.59，pp.R2583-2586(1999))。非简并四波混频过程的增强就是分别通过量子相干的相消(destructive)和相长(constructive),降低一阶线性极化，提高三阶非线性极化。为了进一步说明激光输入和非简并四波混频输出信号之间的关系，首先应该理解相干交换(coherenceswapping)。为了能理解图2中的相干激发，需要讨论密度矩阵P。密度矩阵一直是表示系统宏观行为的一种非常有用的工具Quantumoptics,CambridgeUniversityPressNewYork,N.Y.(1997)，Scully和Zubairy著。在图2中，通过激发态|4〉，两激光東C和S可以在跃迁|2〉-|3〉上引起双光子相干;923。类似的，通过激发态|4〉，两激光束A和S可以在基态跃迁|1〉-|3〉引起双光子相干&。特别的，如果伴随有暗态共振或者EIT，则双光子相干被强烈的提高。这里暗态共振或EIT是相同的物理现象，但是术语EIT来源于吸收相消，这样，一个共振的电磁场就可以没有被吸收地通过一个光学厚介质。图3是基于图2的用Pr3+:YSO做的量子开关(路由)的理论和实验数据，其中失谐A二O:5代表激光東A与跃迁ll〉-l4〉的共振频率的失谐。如图3所示，根据A的激光作用，双光子相干Re&和Re的强度可以相互转换双光子相干可以利用激光東R进行光学探测，并导致非简并四波混频信号Ql或Q2的产生。图3a和3b中的非简并四波混频信号的实验数据和由理论计算出来的双光子相干强度[Re/9,2]2相匹配(Hametal.inPhysicalReviewA，Vo1.59,R2583-R2586(1999)，PhysicalReviewLetters.Vol.84，pp.4080陽4083(2000)，和AppliedPhysicsLetters,Vol.78，pp3382-3384(2001);AppliedPhysicsLetters,Vol.85，pp893-895(2004);美国专利No.6628453(2003))。图4描述的是光子逻辑门"或非"门，其中两个量子开关串联。这里左边的(第一个)量子开关QS1(412)的输出Ql(410)作为右面的(第二个)量子开关QS2(413)的输入(见图1中的S)。两个逻辑输入激光束的来自QS1A(402)和来自QS2的B(404)作为光学逻辑输入并在输出X(406)实现布尔代数"或非"。如前所述，如果A^0，应用于每个量子开关上的激光束R(408，411)可以是连续波。如果A-O，R必须是脉冲的，并和输入逻辑激光A(402)同步。输入激光束A(402)和B(404)也必须同步。表2显示了两个逻辑输入A(402)和B(404)的组合在输出X(406)实现布尔代数"或非"。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>图5为光子逻辑门"与"门，此逻辑门由两个量子开关串联组成。这里，左边的量子开关QS1(512)的输出Q2(509)作为右面的量子开关QS2(513)的输入S(见图1中的S)。两个逻辑输入束中的来自QS1中的A(502)和来自QS2的B(504)的组合，在输出Y(507)实现了布尔代数"与"。如前所述，如果A^0，应用于每个量子开关上的激光東R(511,508)可以是连续波。然而，如果△=0，R必须是脉冲的，并和输入激光A(502)同步。输入激光東A(502)和B(504)也必须同步。表3显示了根据两个逻辑输入A(502)和B(504)在输出Y(507)实现布尔代数"与"。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>图6为光子逻辑门"与非"/"或"门。此系统由两个并联的量子开关组成，其中激光源S(601)是共享的。顶部的量子开关QS1的输出Ql和底部的量子开关QS2的输出Q3组合在一起，产生逻辑输出X(604)。输出Q2和Q4组合起来产生逻辑输出Y(605)。当失谐A不为O时，读激光束R(609，606)是连续光，当失谐A等于0时，读激光束R是脉冲的，并与逻辑输入激光束A(602)和B(607)同步。源激光東S(601)通过光分束器/组合器(610，611，612)，如Y分支或分束镜分成两部分。在两个输入A(602)和B(607)的作用下，输出逻辑激光束X(604)和Y(605)分别实现布尔代数"与非"和"或"。见表4。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>图7为光子逻辑门"或非"/"异或"/"与"门。这个系统由三个量子开关组成，其中两个量子开关与另外一个量子开关相连。量子开关QS1(716)的每个输出Ql(712)和Q2(710)分别用作量子开关QS2(718)和QS3(717)的输入。输出Pl(716)用作逻辑输出X。输出P2和P3结合起来用作逻辑输出Z(707)。输出P4(708)用作逻辑输出Y。系统包括两个逻辑输入A(702)和B(704，715)。其中A用于QSl,B用于QS2和QS3。R(711，713，709)和C(703,705,714)的功能和前面讨论的一样。从表5中可以看到，两个逻辑输入A和B同时在输出X实现布尔代数"或非"，在Z实现布尔代数"异或"，在Y实现布尔代数"与"。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>权利要求1、一种光子逻辑门的方法，其特征在于，所述光子逻辑门使用一个或多个量子开关，所述量子开关的非线性光学介质由三个空间相近的基态|1〉、|2〉、|3〉和激发态|4〉、|5〉组成，其中所述基态间的跃迁是偶极禁止的，通过所述激发态|4〉(和所述激发态|5〉，如果所述|5〉是实能级)，所述基态|1〉和|3〉、所述基态|2〉和|3〉、所述基态|1〉和|2〉之间的双光子跃迁是允许的，所述方法包含以下步骤a)通过光波导或自由空间给所述非线性光学介质加第一道激光束作为输入光束A，频率为a,所述频率a由所述基态|1〉和激发态|4〉之间的第一个跃迁决定；b)通过光波导或自由空间以频率施加第二道激光束C，所述频率^由所述基态|2〉和激发态|4〉之间的第二个跃迁决定；c)通过光波导或自由空间以给频率&施加第三道激光東S，所述频率^由所述基态|3〉和所述激发态|4〉之间的第三个跃迁决定；d)通过光波导或自由空间以频率施加第四道激光束R，所述频率由所述基态|3〉和所述激发态|5〉之间的第三个跃迁决定；e)调节所述第一道激光東A、第二道激光束C、第三道激光東S和第四道激光東R的强度，产生频率为"g!的非简并四波混频信号Ql，或频率为^2的非简并四波混频信号Q2，其分别对应于双光子相干感应[Re/^]2或[Re/^f;f)将所述的非简并四波混频信号Ql和Q2物理隔离地连接到光波导；g)通过光波导或自由空间，将两个量子开关和所述Q1或Q2分别连接起来，并共享所述S;h)连接两个量子开关，使得从一个量子开关获得的非简并四波混频信号Ql和从另外一个量子开关获得的非简并四波混频信号Q2结合起来；i)通过光波导或自由空间，连接第一个量子开关的所述Ql或Q2和第二个量子开关的所述S;j)通过光波导或自由空间，将第一个量子开关的所述Q1和Q2信号和第二、第三个量子开关的所述S分别连接起来。2、根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述激发态|4〉的选择要使其能级高于所述基态|1〉、所述|2〉、所述|3〉的能级。3、根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述激发态|5〉的选择要使其与所述激发态I4〉的能级间隔为失谐A，其中A为0或者接近所述R或A的光学拉比频率。4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一道激光A的拉比频率Q,要大于所述第二道激光束C和所述第三道激光東S的拉比频率。5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的第一道激光A，所述第二道激光C，所述第三道激光S和所述第四道激光R是同步的，并且满足所述激光A、C和S是彼此时间重叠的，如果^=0,所述第四道激光R有时间延迟r,其中r要短于所述ll〉、|2〉和|3〉三个基态间的相位驰豫时间^。6、根据权利要求l所述的方法，其特征在于，如果A-0，所述第二道激光C和所述第四道激光R是一直开着的，所述第一道激光A和所述第三道激光S是时间同步的。7、根据权利要求l所述的方法，其特征在于，在量子开关的光路由器的应用中，所述能级|4〉和|5〉之间的能级间隔，即失谐A，要大于或者接近所述第一道激光A的拉比频率。8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用一个量子开关实现布尔代数"非"，其中所述第一道激光控制所述第三道激光S,并将其反转，使其转化为所述输出Q1。9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用两个串联的量子开关实现布尔代数"或非"，其中第一个所述非线性介质的输出Ql作为所述激光S输入到所述的第二个非线性介质中，所述第一道激光A和所述第二个非线性介质的输出Ql之间的关系满足布尔代数"或非"。10、根据权利要求l所述的方法，其特征在于，用两个串联的量子开关实现布尔代数"与"，其中第一个非线性介质的输出Q2作为所述激光S输入到所述的第二个非线性介质中，所述第一道激光A和所述第二个非线性介质的输出Q2之间的关系满足布尔代数"与"。11、根据权利要求l所述的方法，其特征在于，用两个并联的量子开关实现布尔代数"与非"/"或"，其中所述激光S为两个所述非线性介质共享，每个所述的输出Ql和Q2分别组合起来，这样，两个分别应用于所述的各自的非线性介质的所述第一道激光A和所述组合输出Q1、Q2之间的关系满足布尔代数"与非"/"或"。12、根据权利要求l所述的方法，其特征在于用三个相连的量子开关实现布尔代数"或非"/"异或"/"与"，其中所述的第一个量子开关的Q1和Q2作为所述S用于两个并联的量子开关，而且并联量子开关的所述输出Q2和Ql连接起来形成输出Z，这样，应用于所述各自的非线性介质的三道激光束所述A和所述输出Ql、Q2和Z之间的关系分别满足布尔代数"或非"、"与"和"异或"。13、一个光子逻辑门的装置，其特征在于，所述装置包括有一个或多个非线性光学介质，所述非线性光学介质包含有三个基态|1〉、|2〉、|3〉和一个激发态|4〉，所述基态|1〉和|2〉、|1〉和|3〉、|2〉和|3〉之间的跃迁是偶极禁止的，通过所述激发态|4〉的所述基态|1〉和|2〉之间、|1〉和|3〉之间、|2〉和|3〉之间的双光子跃迁是允许的，所述装置包括a)应用于所述非线性光学介质的第一道激光源，即所述的第一道激光A，频率为^，^对应于所述基态|1〉和所述激发态|4〉之间的第一个跃迁；b)应用于所述非线性光学介质的第二道激光源，即所述的第二道激光C,频率为&，^对应于所述基态|2〉和所述激发态|4〉之间的第二个跃迁；c)应用于所述非线性光学介质的第三道激光源，即所述的第三道激光S,频率为&，&对应于所述基态|3〉和所述激发态|4〉之间的第三个跃迁；d)应用于所述非线性光学介质的第四道激光源，即所述的第四道激光R，频率为w,，^对应于所述基态|3〉和所述激发态|5〉之间的第四个跃迁，所述激发态|5〉是实的或者是虛的；e)将所述的第三道激光S分成两道或者多道光束，并应用于每个所述非线性光学介质的装置，其中所述第三道激光的频率为&，&对应于所述基态|3〉和所述激发态|4〉之间的第三个跃迁；f)将从多个非线性光学介质得到的所述的非简并四波混频信号Ql和Q2组合起来并分别导入到相应的光学通道中的装置；g)通过调节所述的第一道激光、第二道激光、第三道激光和第四道激光的强度和频率使所述基态|1〉和|2〉、所述|1〉和|3〉、所述|2〉和|3〉之间产生相干叠加态的装置；h)使第一道激光A、第三道激光S和第四道激光R之间相互同步或延迟的装置；i)使第一道激光A、第二道激光C、第三道激光S和第四道激光R在非线性光学介质中空间重叠的装置。14、根据权利要求13所述的装置，其特征在于所述的非线性光学介质是一种固体。15、根据权利要求13所述的装置，其特征在于所述的非线性光学介质是多耦合(multiplycoupled)的半导体。16、根据权利要求15所述的装置，其特征在于，在所述多耦合的半导体中，所述基态|1〉、|2〉、|3〉和所述激发态|4〉、|5〉的选择要在其导带中。17、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述的激光束A、C、S、R、Ql和/或Q2通过光波导、自由空间或等离子体波导连接所述非线性光学介质。18、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第一道激光A作用于所述第三道激光S，以产生实现布尔代数"非"的所述输出Ql。19、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述非线性介质这样相连第一个非线性介质的输出Ql作为所述第三道激光S输入第二个非线性介质，并且两个应用于各自所述非线性介质的第一道激光A和所述第二个非线性介质的输出Q1之间的关系满足布尔代数"或非"。20、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述非线性介质这样相连第一个非线性介质的输出Q2作为所述第三道激光S输入第二个非线性介质，并且两个作用于各自所述非线性介质的第一道激光A和所述第二个非线性介质的输出Q2之间的关系满足布尔代数"与"。21、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第三道激光S为两个非线性介质共享，并且将每个所述输出Ql和Q2组合起来，对于作用于各自非线性介质的两个所述第一道激光A，结果分别满足布尔代数"与非"和"或"。22、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述三个非线性介质是相连的，并且一个所述非线性介质的两个输出Ql和Q2作为所述其余两个非线性介质的第三道激光S，将所述输出Ql和Q2组合，三个输出分别满足布尔代数"或非"、"异或"和"与"。全文摘要本发明涉及一个基于量子开关的光子逻辑门的系统、方法和装置，其中一个或多个量子开关用于暗态共振相互作用，即三色激光和一个四能级或五能级的非线性光学介质通过非简并四波混频过程相互作用，所述非线性光学介质作用由三个基态和一个或者两个激发态组成。此光子逻辑机制是建立在将一个或多个暗态共振导致的双光子相干相结合的基础上，所述相干是通过在共同激发态光学跃迁而在三个相邻基态间进行交换的。通过非简并四波混频过程，基态间的双光子相干可以被光学探测到。由于暗态共振或电磁感应光透明，产生的非简并四波混频被增强了。本光子逻辑门方法的门时间和带宽只受相位弛豫时间限制，而不受布居数弛豫时间和载流子寿命的限制，一般来说，在固体或半导体中，相位弛豫时间比布居数弛豫时间和载流子寿命要短得多。文档编号G02B6/35GK101313238SQ200780000284公开日2008年11月26日申请日期2007年3月7日优先权日2006年10月24日发明者咸炳承申请人:仁荷大学校产学协力团